Fysiker vid University of Texas i Arlington har visat att användning av mikrovågor för att aktivera ljuskänsliga nanopartiklar ger vävnadsuppvärmningseffekter som i slutändan leder till celldöd i solida tumörer.

"Vår nya metod som använder mikrovågor kan fortplanta sig genom alla typer av vävnader och rikta sig mot djupt belägna tumörer, sa Wei Chen, UTA professor i fysik och huvudförfattare till studien publicerad denna månad i he Journal of Biomedical Nanotechnology titeln "En ny modalitet av cancerbehandling - nanopartikelmedierad mikrovågsinducerad fotodynamisk terapi."

Fotodynamisk terapi dödar cancerceller när en nanopartikel som introduceras i tumörvävnad genererar giftigt singlettsyre efter att ha exponerats för ljus. Singlet syre är en mycket reaktiv typ av syre som irreversibelt skadar cellmitokondrier och så småningom orsakar celldöd.

"Tills nu, fotodynamisk terapi, som beror på synliga, ultraviolett eller nära infrarött ljus, ansågs vara effektiv för hudcancer eller cancer nära hudytan, ", sade Chen. "Vårt nya koncept som kombinerar mikrovågor med fotodynamisk terapi öppnar nya vägar för att rikta in sig på djupare tumörer och har redan visat sig vara effektivt för att snabbt och säkert minska tumörstorleken."

I tidigare studier, forskarna hade identifierat en ny typ av nanopartiklar, koppar-cysteamin eller Cu-Cy, som kan aktiveras av röntgenstrålar för att producera singletsyre och bromsa tillväxten av tumörer. röntgenstrålning, dock, utgör betydande risker för patienter och kan skada frisk vävnad.

I denna nya labbstudie, teamet visade att nanopartikeln Cu-Cy också kan aktiveras av mikrovågor, som kan riktas direkt mot själva tumören utan att skada omgivande vävnad.

"Vår nya mikrovågsinducerade fotodynamiska terapi erbjuder många fördelar, den viktigaste är ökad säkerhet, " sade Chen. "Vår nanopartikel Cu-Cy visar också mycket låg toxicitet, är lätt att göra och billig, och avger också intensiv luminescens, vilket innebär att den också kan användas som bildframställningsmedel."

Forskarna visade att både in vitro och in vivo-studier på en osteosarkomcellinje visade signifikant cellförstöring med kopparcysteaminnanopartiklar under mikrovågsaktivering. Uppvärmningseffekterna och frisättningen av kopparjoner från kopparcysteamin vid aktivering var den huvudsakliga mekanismen för genereringen av det reaktiva syre som behövs för att förstöra cancerceller.

Chen fick sällskap i denna forskning av Lun Ma, en UTA forskningsassistent i fysik, liksom Mengyu Yao, Lihua Li och Yu Zhang från Guangdong Key Laboratory of Orthopedic Technology and Implant Materials i Guangzhou, Kina, och Junying Zhang från fysikavdelningen vid Beihang University i Peking, Kina. U.S. Army Medical Research Acquisition Activity, National Science Foundation och Department of Homeland Securitys gemensamma Academic Research Initiative-program, Kinas nationella grundforskningsprogram, National Natural Science Foundation of China och den kinesiska militärens femårsplan, alla stödde denna forskning.

"Denna nya uppfinning är till stor del baserad på den nya fotosensibilisatorn kopparcysteamin som vi uppfann och patenterade, och jag vill tacka alla våra teammedlemmar, särskilt Dr Lun Ma, för den tid och energi som lagts ner på detta projekt, " sa Chen.

Alex Weiss, UTA ordförande för fysikavdelningen, betonade vikten av denna forskning i samband med UTA:s ökande fokus på hälsa och det mänskliga tillståndet inom Strategic Plan 2020:Bold Solutions|Global Impact.

"Dr Chens forskning om aktivering av nanopartiklar har lett till viktiga upptäckter som potentiellt kan förändra cancerbehandling, " Sa Weiss.  "Denna nya artikel om möjligheterna med mikrovågsaktivering visar ännu en gång hur Dr. Chens sökande efter nya terapiformer kan spela en nyckelroll för att hitta säkra, lönsamma och billiga behandlingar för cancer."